De concentratie van kaliumchloride, uitgaande van sylviniet

",,",,0 ..

-....

....

10 10

J

l:\)z l:\) 3

r

f'

~

~

c

r

r:

-

<

~

s.

~

~

~

-I

~J.KOOGER.~IE""

KAUUMCH";';

mei I. . . . .1:25 ",

l

-)

i ,

c::

= -- ~ --I -

[

-j I

.1t

--:t 1 iJ

...

,

'

.

'

...

I !_-- - - _._.._ -

ti---

-

~

~~

L

~l

~

L

i

l U - - - - --l!-:..ij--

Ll

i

-

,

\

"'=- - - -- -"

...

(~-'---_L- ---,

...

_{t~:\ ., .r.~_}

,

'.

_...· I~

-!

~

l _ .. .__ - - - " - - - -- - -

.~-- .~-- .~--- -- - - -- - -

--. I

,

De CONCENTRATI E van KALI UMCHLORI DE,

uitgaande van 8YLVI NIET•

•

I

J.

Kooger ,

Julianalaan 106, De l f t .

I

I I

I

-1-SAMENVATTING.

Kaliumchloride als zodanig is een belang-rijke kunstmest. Het mineraal ~ ~ wordt al-leen gemengd met andere zouten aang e t r of f en. De

meest voorkomende kaliumafzetting,die zeer ge s chi kt , is voor het concentre ren van kaliumchloride is syl -viniet, een mengsel van na t r i umchl or i de en kalium-chloride. Doe l bewu s t zullen we ons in he t navol -gen de tot de wi nni ng uit sylviniet·be palen.

Na een beschouwing over voorkomen van sylviniet en de gebr ui ke l i j k e concentratiemeth o-des gean we nader in op de keuze van vestiging, pr oc é dé en productiecijfers. Een schematisch beeld van de ge da cht e fabriek geeft tenslotte een in

-zicht in een aantal details van het gev ol g de pro-ces

-0-0-0

-0-INLEIDING.

Kaliumchloride is zowel economisch als pol i t i ek gezien een belangrijk pr oduct . In eco -nomisch opzicht, omdat het in enorme hoeveelheden als noodzakelijke kun s t me s t in de lan dbouw wordt toegepast en bovendien de basis vormt voor vele andere doeleinden, zoals de fabricage van zeep, kleurstoffen, gl as en explosieven. Vanuit poli -tiek oogpunt bezien vloeit het grote belang voort uit het fe i t , dat de productie ervan in slechts enkele plaatsen ter wereld is geconcentreerd . Dit heeft Ame r ik a op vrij gev oe l i ge wijze onder-vonden,toen het bij twee wereldoorlogen van de voornaamste leveranciers, Dui t s l an d en Frankrijk, was afgesneden. üe ontginning van de in Amerika aanwezige kaliumafzettin gen is daarna zo grondig ter hand ~e n o m e n , dat dit land tegenwoordig niet alleen in de eigen behoefte kan voorzien, doch bovendien ook nog exporteert , voornamelijk naar Japan.

Meer dan negentig pr oc en t van de wereld -pr oduct i e van kaliumchloride wordt door de land -bouwsector afgenomen. In dit verband is onderstaand staatje, uit 1940, waarin het verbruik aan kg. K20 :Je

per hectare bouwland wordt vermeld zeer interes -sant.

x Het is gebruikelijk, het kaliumgehalte van kali um-houdende stoffen uit te drukken in het theoretische aequivalent aan K_20.

-Nederland België/Luxemburg Engeland Duitsland Denemarken Frankrijk

Verenigde Staten

Rusland Canada -2-103 ,3

69

,6

34,8 29,2 24,7 17,4

5

,6

1,9 1,6 K 20-consumptie in kg.

IR

A

.

bouwland.

Zonder overdrijving moge n we hieruit concluderen ,

dat in de laatste drie landen nog min of meer van roofbouw kan worden ge sp r ok en en dat deze cijfers bij een gun s t i ge landbouwconjunctuur nog aanzien

-lijk kunnen stijgen.

- 0 - 0 - 0 -

0-VOORKOMEN.

Van de beschikbare kaliumhoudende mineralen wor dt sylviniet het meest algemeen

benut voor de winning van kal i umch l or i de. Sy l

-viniet is een kri st al l i j n~van haliet en sylviet, ~~ s~.

dat verder nog kleine hoeveelheden onzuiv

erhe-den bevat , zoals magnesiumchloride en sulfaat,

calciumchloride, klei en zand. Een goede kwali-teit sylviniet kan dertig pro c en t (30%) en meer

K~ O bevatten,ma ar meestal ligt dit cijfer veel lager. Afzettingen met een K O-gehalte, dat la -ger ligt dan 15

%

zijn op dit ogenblik nauwelijks

economisch exploitabel.

Een product, dat op grote sc ha a l toege-past wordt, moet voor betrekkelijk lage prijs aan r .

de markt komen. De vrij hoge transportkosten , die ~

gemakkelijk een derde van de prijs kunnen belopen en het vrij hoge geha l t e aan nagenoeg waar del oos natriumchloride mcakt het derhalve noodzakelijk

de concentratie van he t ka l i umchl or i de in de di-recte omgeving van de plaa t s van winning te doen ge s chi e den.

Sylvinietafzettingen bevinden zich meest

-al op gr ot e diepte onder het aar-doopervLak en het mineraal moet dan ook in mi j nbouw ge dol v en worden.

Belangrijke af zet t ingen vindt men in Duitsland,

welk land~tot 1914-1918 zelfs een monopolieposi

-tie innam. Sede rt 1945 ligt meer dan 60

%

van het Duitse pr oduct i ege b i e d in de Russische zone , waar vandaan een gr oot gede e lt e van de productie naar landen binnen de Russische invloedssfeer wordt

- - - -- - -- - - ---~ - -

-

-3-ge exp or t e e r d en een betrekkelijk klein ge de e l t e de westerse markt bereikt. Zeer belangrijk is daar-naast de ka l i umc h l or i de-p r od uc t i e van Frankrijk, die in de El zas is ge con c ent r e e r d . Andere Europese afzettingen bevinden zic h in Pol e n en in Span j e . Cijfers over de Ru s s i s c he productie zijn niet be-kend, maar wel staat vast, dat daar nog

onvoor-stelbaar gr ot e re s e r v e s aan sylviniet aanwezig zijn. Ni e t tot het sylviniet behore nd, doch al s ka l i um-bron wel belangrij k, zijn de zoutafzett ingen in de Dode Zee, die in toenemende mate door Israël worden geexploi teerde .

De belangri j kste Ame r ika a n s e vindplaat-sen bevinden zich in he t Se a r l e s Lake district, nabij Los Angelos, het Sa lt Lake basin in Utah en het Carlsbaddistrict. In Canada zijn na de tweede wereldoorlog rijke sylvinietafzettingen

gev on den in de rrov i n c i e Saskatchewan, AlbertQ

De rijkste lagen liggen op een diepte van 1000 meter en meer en het is in deze provincie, dat wij een gr ot e fabriek wi l l en plaat s en .

-CONCENTRATIE-PROCEDE'S.

Voor de concentratie van ~aliumchlo­ ride uit sylviniet zijn twee verschillende werk-wijzen ge b ru i~e l i jk . Da a rnaast zijn kleine varia-ties of ook wel combinavaria-ties van deze twee metho-des toegepast, doch het lijkt ons overzichtelijker, slechts de twee hoofdmotieven te beschrijven.

1) Gefractioneerde kris t allisatie.

Hierbij maakt men gebruik van het feit, da t de oplosba arheid van natri umch l or i de bij op-lopende temperatuur nog een weinig daalt, terwi~l de oplosbaarheid van kaliumchloride bij oplopende temperatuur juist sterk toeneemt. Een warme oplos-sing, die verzadigd is aan beide zouten vormt bij afkoeling dus selectief kal i umc hl ori de - k r i s t a l l en , die afgefiltreert kunnen worden. De moederloog wordt weer opgewarmd en in contact gebracht met fijn gemalen sylviniet, zodat er kaliumchloride oplost en weer een verzadigde oplossing onstaat, die het pro c e s opnieuw doorloopt.

2) Flotatie.

Fijngemalen sylviniet wor dt gesuspen-deerd in een oplossing, die verzadigd is aan een zowel kaliumchloride als natriumchloride. Een flo-tatie reagens en zonodig stijfsel of carboxymethyl-cellulose om een juiste viscositeit en dichtheid te bereiken wordt aan deze suspensie toegevoegd. In flotatiecellen wordt lucht doorgeborreld, waar-opttengevolge van de selectieve hechting van lucht-belletjes aan één van de chlorides, een mechanische

-4-scheiding wordt mogel ij k gemaakt . Het is geb r u i -kel ij k om het kal i umch l oride aan het opper v lak te brengen, waarvoor de hoge re al i phat isc he aminen

ge-schi kte flota t ie- reage ntia zij n. Door andere rea ge n-tia t e ki ezen is het ook mogelij k, juist het nat r i um-chlo ri de in de schui mfas e te kri j gen , maar over het alg eme en i s deze methode , ge zien de veel grotere hoeveelheid nat ri umchloride , ui t economi sch oo g-punt minder geschikt .

- 0-0-0-0

-KEUZE va n VESTIGING, PROCEDE en PRODUCTI E. Zoals reeds eerder naar voren is ge-bracht, is he t voor de concentratie van kalium-chloride essentieel, de fabriek in de onmiddel

-lijke nab i jhe i d van de sylviniet-mijn te plaa t s e n . De mog e lijkheden voor een plaa t s van vestiging zijn daar d oor reeds zeer beperkt. Canada heeft echter, ondanks de rijke sylviniet afzettingen in Al ber-to., weinig of ge en industrie op di t ge-bied. Bijna 95% van het bin nenlands verbruik moet door invoer, voornamelij k uit Europa, wor

-den gedekt. Wi j geve n da n ook ve~re de voorkeur aa n vestiging in de pr ov i n c i e Saskatchewan.

De lage consumpti e-cijfers, zoals wij die reeds vermelden wettigen de verwachting, dat in de toekomst de vra a g naar kal i umc hl or i de voor land

-bouwdoeleinden nog aan zi e n l i j k zal stijgen en het tekort, da t door invoer gedekt moet worden,

dus eveneens zal toenemen

Wat e r is in vrij grote hoeveelheden beschi kb aar in de vorm van de Saskatchewanri-vie r. Tengev olg e van de reeds gev e s t i gde in

dus-trie in en rond ~o rt Saskat c hewa n kunnen we be

-schikken over een goed vervo ersapparaat, terwijl een onderhanden kana l i sat i e van de Sas k a t c hewan

-rivier de mogelijkheid opent van goe dk oop ver-voer te water. De aanv o e r van stookolie voor de

energievoorzi ening is om dezelf~e reden verzekerd .

Of de pe r s on e e l s v oor zi eni ng tot bijzondere moei

-lijk heden aan le idi ng zal t e ven , is niet bekend en zal nade r onderzocht moeten worden .

Qua pr oc é dé verkiezen wi j de ge f r a c

-tioneerde kristallisatie boven het flotatienroces .

Het flotatie proces na ar i s gebleken, is niet voor alle soorten sylviniet ge s c hi kt , ter wf jl net kr i s t a l l i söti e-pr oce s universeel is.

Zolang niet is aa ng e t oond , dat flotatie goe d uitvoerb a ar is, komt dit du s niet in aanmerking.

-5-Flotatie vra a gt een fijn e r uitgangsmateriaal, waardoor de msalkosten 5tijgen. Al te fijn mag natuurlijk ook niet, want dit kan aanlei-ding gev en tot slijmvorming, waardoor de schei-ding welhaast onmogelijk wordt. Indien nu de maalkosten l aag zijn en de stoom duur is, kan f l ot a t i e , indien dus uitvoerbaar, economisch voordeliger zijn. Ook deze punt en zullen in een nader onderzoek vastgesteld moeten worden.

Bij de bepaling van de jaarproductie tenslotte moeten we bedenken, dat de Can a de s e behoefte op het ogenbl ik een 100.000 ton K

20 per jaar bedraagt en snel stijgende is. De eco-nomische minimumprodu ctie, uit gedrukt in tomnen

K~O per jaar heet 175.000ton te zijn. Indien we nU nog rekening houden met het feit, dat er in Canada voor kaliumchloride een vrije markt be-staat, waardoor ons product dus voor we r e l d-prijs verkocht moet worden,dan komt het ons redelijk voor, onze fabriek op rond 200 . 000 ton K

°

te dimensioneren. Dit cijfer mag in

eerst~

aanblik hoog schijnen, vergeleken met sommige Franse of Ame r i kaan s e bedrijven, die een jaarproductie van 400.000 ton K~O halen, is het toch wel reëel te noemen. Berekend op 300 werkdagen pe r jaar betekend dit per secon-de een productie van rond 12,20 kg. KCI .

HET GEVOLGDE PROCES.

We gaan ervan uit, dat de grondstof bestaat uit een sylviniet van de volgende samen-stelling: 32,93 %KCI 56 , 54 %NaCI 3,29

%

CaS0₄ 0,52

%

CaC1 2 0,19

%

MgCl? 6,52

%

OnopIosbare stoffen, vnl. Ca80 4, A1 203, Fe 203 en 8i02• Dit erts wordt ondergronds gewonnen en daar reeds gedeeltelijk ge br ok en . Bovengronds wordt het

verder gemalen tot een gemi dd el de de ~ltjes groot-te van 4mm. Deze kor r e l ige gr on ds t of is de uit-gangsbasis voor ons proces. Fijner gema l en wordt het moeilijk, zonder hogere kosten een goede schei-ding tussen vaste stof en vloeistof te bewerkstel-liben. Grovere deeltjes laten zich minder gemak -kelijk uitlogen, zodat bij ge l i j ke contacttijden genoegen moet worden ge nomma met een hdog KCI-ge ha l t e van het afgewerkte sylviniet. Ook in

" .,

-6-het onderhavige geval is di t laatste niet te ver-mijden. Aang enomen ~or dt , da t na he t oplosse/n het

KCI - ge ha l t e is terugg e lop en van 32 ,93

%

tot 0,32%.

Teneinde een goe d overzicht op he t pr oc e s mogelijk te maken zullen wij dit punt sgewi j s behandelen. Voor een ::aantal nume r i ek e gege v en s verwijzen wij na ar de appendix.

a) Oplossen.

We gaan uit van een voedi n g van

38

kg. sylviniet pe r seconde. Het KCI -gehal t e ver mindert

van 32,93 % tot 0,32 %, zodat er per seconde 38 x (32, 93 - 0,32)=1 2,40 kg. KCI moet oplos sen.

Zoals wij later zullen zien heeft de

peke l , die de oplosse r s bjnnenst r oomt , een con-centratie van CJ, 132 kg KCI / I • Ve ronderstellen

wij, dat de uit gaan de pekel een concent ratie ~

rei kt van 0,30J kg KCI / I , dan volgt hieruit, dat W8})er seconde 74 liter peke l moeten doorvoeren. De pekel he eft een ingangs t emp e r at uur va n 100

°c

en uit gaa nd wi l l en wij ~~M deze l f de temperatuur

hebben. Daar het ingevo erde sylviniet de

buiten-tempe r a t uur heeft en boven di en het oplossen van

KCI war mt e ko s t , moe t en we hier van buiten a~

nog warmte toevoeren. Da a r toe zijn door stoom

gev oe de verwarmi p,gsspiralen in de oplosse ctie

aangebracht.

Al s wi j ui tgaan van 38,0 kg sylviniet,

dan resulteert dit in een uitgeloo gde hoeveel-heid stof, die 25,60 kg bedraagt. Niet al deze afgewerkte ma s s a wordt via de Jacobsladders

aan het ene eind van de oplosser afgevoerd, want de pe ke l sleept een kl e in gedee l t e in ge s u s

-pen de e r de vorm met zich me e . Dit be draagt

on-gev e e r 40

%

van wat wij onoplosbaar gen oemd heb-ben, zoda t ron d 1,00 kg st of l an g s deze weg ver-dw ~ j nt . He t overige, ten be dr age van 12,48 kg, ~~.6o

wordt met behulp van de Jacobsladder a~gevoerd,

waarbij het gr oot s t e ge dee l t e van de me egevoer-de ~eke l uitlekt en t erug s t r oomt . Wi j kunnen echter niet vermij de n, dat een zeker per c entag~

stel 9

%

,

dus 2,3 kg/sec of wel 2, 1 I/sec pek~L langs deze weg wordt afgevo e r d .

De verwerking van de gr ot e

hoeveelhe-den hier 6en oemd , in één opl os s e r ge ef t aan l e i -ding tot zowel t e chni s che als practische bezwaren. Wi j tebr uik en dan ook, inpl a ats van één oplos ser,

een set van ac ht van de z~ appara ten, die par a l l e l

zijn op ~e stel d. De peke l ~n het sylvi niet wor den

in tegenstroom me t elkaa r in contact gebracht. Het sylviniet wordt met een transportband

aan-gev oe r d en ~t behulp van ee n schroef zonder eind door de oplossers ge t r an s p or t ee r d , om met de reeds gen oemde Jacob s l ad de r s de oplossers

te verlaten. De peke l wordt op deze pl aat s

in-gev oerd (waar dus dire c t 2,1 1 me t he t s

-

-7-restant wordt afgev oerd) en verlaat aan de andere zijde, via een overloop deze sectie weer. Resu-merende kunnen wij dus zeggen, dat 76,1 l/sec pekel de op lossers binnenstroomt, waarvan 2,1 1 met de afgewerkte sylviniet wordt meegevoerd en '

74 1 effectief werkzaam is. De afgevoerde pek e l ,

met een gehalte van 6,300 kg KC1/l, voert dus nog 1,00 kg gesuspendeerd materiaal met zich mee. b) Wa s s en van he t af vewe r k t e sylviniet.

De 2,1 1 pek e l , die met het uitgeloog-de sylviniet wordt meegevoerd, bevat nog 2,lxO,132=

= 0,28 kg KCI, die pe r seconde verloren zou gaan. Wi j wassen dit materiaal derhalve op een bandfilter met 4 1 waswater/sec, wa ardoor naar wij aannemen. het uiteindelijke vochtpercentage hetzelfde is, doch het totaal gehalte daalt tot 0,05 kg KC1,

zodat we 0,23 kg KCI / s e c terugwinnen, opgelost in 4 I water. Deze wa sv l oe i s t of wordt ge c ombi n e e r d met de hoofdstroom van de pek e l , nadat deze van

de meegevoerde suspensie is ontdaan. Het gewassen

afvalproduct wordt me t een transportband afgevoerd.

Het kan als vulmateriaal in de mijn dienst doen.

c) Bezinken van de suspensie.

De uit de oplosser afgevoerde pekel, ten bedrage van 74,0 1 en een gehalte van 0,300 kg KC1/l wordt na a r een indikker geleid, teneinde de susuensie te doen bezinken. In deze indikker van 14'm doorsne de be zi nt t het meegevoerde slik (1,00 kg/sec), terwijl de heldere pekel via een overloop wordt afgevoerd. De ingedi kte massa, die

met behulp van een membraampomp wordt verwijderd,

zal nog een hoog percentage pekel bevatten. Wi j stellen dit op 64

%

,

d.w.z. per seconde wordt

0, 64 kg pekel = 0,5 1 pekel l angs deze weg afge

-voerd. Dit zou neerkomen op een verlies van 0,5 x 0,300 = 0, 15 kg KCI / s e c.

De hoofdstroom van de pek e l Le dr aa gt bij het ver-laten van de indikker 73,5 I/sec.

d) Wa ss en van de in ëedi kte suspensie.

Teneinde een ge de e l t e van het KC1 , dat bij het indikken verloren gaat terug te winnen,

leiden we de ingedi kte suspensie, tesamen met een hoeveelheid waswate r van 2, 5 I/sec naar een tweede indikker met een diame t e r van 20 m.

Indi e n we ervan uitgaan, dat het voc ht gehalte van het hier in~ e di kte slik weer onteveer he t ze l f de is, kun ne n we aannemen, dat het verli es hier is terug te bren gen op 0,03 kg KC1/ s e c . He t via een overloop afge vo e rd e waswa t e r , 2,5 I/sec met een totaal van 0, 1 2 kg KC1/ s e c wordt eveneens gecom-bineerd met de hoofds troom van de pekel, die uit de eerste indikke r komt.

De ingedi kte slurry wordt weglenompt, bijvoor-beeld na a r de mijn, met behulp van een membraam -pomp .

-8-e) Vacuumverdampers.

De pek e l , di e van de eerste indikker komt , te weten 73,5 I/sec à 0,300 kg RCl/l; de wasvloei-stof van de sy l v in i e t -w as sing : 4 I/sec met in to-taal 0, 23 kg KCI en de wasv l oe i s t of van de suspen-sie-wassing : 2,5 I/sec met in totaal 0,12 kg KCI worde n na ar een vat ge l e i d , van wa~ruit de v

acuum-verdampers wor den gevoed.

Uitgaande van een stationaire toestand in het vat betekent di t , dat wi j per se c 8C,0 1 met

een ~e hal t e van 0,280 kg KCI/l afvoe ren na ar de

verdampers, waar van we er weer ac ht parallel h~­ ben opgesteld. Wij zullen aa nn emen , dat tengev ol ge van menging met minde r warme wa sv l oei s t of en af -koeling door ~armteverli ez e n de t empe r atuu r van

de ze re/ e l 96 C bedraagt. In de verdampers koe l en

we de pek e l af , zodat er een hoeveelheid KCI uit-kristalliseert.

De verdampers werken in twee trappen

en continue. In de eJrste trap heer st _{een druko}

van 0, 1 ata, waar door afk oe l i ng optree d tot 45 C.

Er verdamp t 7,20 kg wa ter/s ec en 7,11 kg KCI

kr i s ta l l i see r t pe r se c ui t . De gepr odu c ee r de stoom

wa r mt via een conden s or de verse peke l voor, die naar de oplossers gaat, t erwijl een twee-traps

ejecteur de overmaat stoom afzuigt.

Het volume pekel , dat zich naar de tw

ee-de trap verpl a at s, bedr aagt du s 72 , 8 I/s ec, me t een ge hal t e van 0, 210 kg KC1/ l . Het uitgek

ris-ta~l i se e rde KC1, 7,11 kg/sec, wordt eveneens meesesleept. In deze twe ede trap heerst een druk van 0,03 ata, die verk r egen wordt me t behulp van een drietraps stoomejecteur met inwendi ge c0nden-satie. Bov endi en i s een tlbooster" voorgeschakeld. De temperatuur da al t hi er tot 250C, terwijl 2, 61 kg

water/sec verdampt en 3,70 kg KC1/sec uit~ristal­

liseert.

Uiteindelijk beloopt de uitgaande pekel-stroom 76 ,2 I/sec, met een ge ha l t

_ö

van 0, 165 kg

KC1/ s e c en ee n temperatuur van 25 C. Het totaal

gev ormde KC1 , ten bedr age van 10,81 kg/sec wordt hierdoor meegeslee pt.

De hoeveelheid wa t e r , die in deze stap van het proces verdwijnt, is niet van die orde van gr oot t e , dat we gev aar lopen, dat een ge de el -te va n de aa nwe zige NaCl ook uitkristalliseert.

Op de wate rbalan s al s zoda ni g kom en we later nog

terug. Op~em erk t moet nog wor den , dat het druk -verschil tussen de eerste en de tweede trap een

gemi dde l d niveauverschil van ongeveer 7J cm

ten-gev olge heeft, terwijl de ladingen in beide com

-9-I

i ' , )

f)

Ce~ifUges.

Het mengsel van uitbekristalliseerd KCI en pekel, dat uit de vacuumverdarnpers komt , wordt in cer.t r'Lf'uges gescheiden. Indien wij aannemen, dat aan het afgecentrifugeerde KCI nog ruim

5

%

vocht ~e he c ht blijft, dan betekent dit, dat hier 0,5 I pekel/sec verdwijnt en we dus een pekel stroom krijgen van 69,7 L/sec. De achtergebleven pel el bevat nog 0,5 x 0,165 = 0,08 kg KCl, die met het hoofdproduct naar de à.roger geleid wordt . De

hoofdstroom van de pekel voeren we af naar de re-servoirs.

g) Reservoirs.

De pekel, die in de centri~uges word~

afgescheiden, heeft nog een temperatuur van

25

C. Door dit in röservoirs of bezinkbakken af te laten koelen tot 17 C bereiken wij, dat zich daar een

hoeveelheid KCI afzet van

69,7 x (6,165 - 0, 147 5 ) = 1,22 kg KC1/sec.

Uit deze reservoirs moet men dus van tijd tot tijd het KCI verwijderen. Tengevolge van het feit , dat zeer fijne slikdeeltjes, die altijd in de pekel zweven, zich in deze bakken gedeeltelijk gaan

afzett en , zal de zuiverheid van dit KCI minder

groot zijn, dan van het in de va cuumv e r damp e r s afgescheiden KCI. Voor landbouw-gebru ik is dit echter geen bezwaar.

Daar de pekel, bij oneindige circu latie teveel onzuiverheden gaat bevatten, moeten we een gedeelte lozen. We spuien dan ook rond 2

%

van de inkomeBde pekelstroom, nadat deze afgekoeld is tot 17 C. In absolute cijfers uitgedrukt bet ekent dit een afvoer van 1,4 1 pekel/sec en een verlies van 0,20 kg KCI/sec. Per seconde wordt 68,3 1 peke l met een gehalte van 0,1475 kg KCI/l weggepompt, waaraan bij de pomp nog 7,8 1 vers water wordt toegevoegd, zodat 76,1 1 pekel ontstaat met een gehalte van 0,132 kg KCl/sÖC. Tn de condenso r wordt dit opgewarmd tot 45 C, terwijl een tweede warmtewisselaar, dogr stoom gevoed, de pekel v er-der opwarmt tot 100 C. Deze warme uekel 'wor dt na a r de oplossers geleid en begint daar zijn kringloop opnieuw.

h) Drogen.

Het vochtige KCl, dat in de centrifuges is afgescheiden, wordt ge dr oogd in een roterende trommeldroger in gelijkstroom met de warme r ook-gassen van de energiecentrale, t ot een vo chtge-halte van 0,5

%

.

Een bijkomend voordeel is, da t het eindproduct grotendeels in gegranuleerde vorm wordt verkregen.

0-

-10-MATERI AALBALANS .

De materiaalbalansen, bet rok ken op KCl, pekel, vaste stof en wat er zijn in bijgaande tabel

systematisch ge r ang s c h i kt . De betekenis der cijfers

vo lgt hieronder en de tabel behoef t geen nader e uitleg.

-0-0-0-0-Te n aanz i e n van de mat eri a al b al a ns ku

n-nen WlJ nog het vol g e n de opme r k en. In de va

cuum-verdampers wordt 9,8 kg water in de vorm van stoom

aan het syst e em ontrokken. Aan de peke l voe gen wij slechts 7,8 kg wate r toe, zodat de indruk zou ku nnen on t st a an, dat he t NöCl -gehalte van de pe

-kel een st i j g i ng verto on t, die tot uiting komt

in het neer slaan va n NaCl bij het opwa r me n. Dit zal de warmteove r dracht in de wa r mt e wis s e l aa r s

ni et ten goed e komen en moet dan ook al s hoogst

ongewens t worden gekw a l i fice e r d . lï;ld er's in het sy s t e em wor d t echte r nog 6,5 1 waswater t

oege-voegd en wij heb ben aang enomen , dat hie r i n slecht s we i ni g NaCl oplost, in ieder geval zo weinig ,dat va n di t waswat e r een voldoe nd nivelleren de werking uitgaat op de NaCl - c on c ent r a t i e .

I N

U I T

r-l cU HOOFDSTROOM NEVENSTROOM cUrJ.I

0 rJ.I Cj...., I _{CH CH} rJ.I

~ rJ.I CH 0 H !

cU

co 0 Ol 0 0

+' El +' H +3 +' +' +' +' El

rJ.I rJ.I Q) cU rJ.I rJ.I rJ.I rJ.I

0 Q) +' ~ 0 0 Q) r-l r-l r-l Q) cU r-l r-l Q) r-l r-l Q) El r l Q) Ol cU +' :s rJ.I Q) Ol +:> Q) Q) +' 0 co ~ QO +' {[J {[J _{H ~} aD r l rJ.I ~ eo r l rJ.I 0 +' Ol o, 0 cU có Q) Q) o, 0 co Q) 0.. 0 co +' 0

u, 0 E-t :> ~ ? P-i " 0 ~ :> Po; 0 ~ :> Cf) 8

,

kg/soc kgf sec .kg/s ec kg/ s e c

I/sec kg/ s e c kg/ se c kg/sec I/sec :l/ s e c kg/ s e c kg/ s e c l/sec

72,8 15, 29 7, 11 --- ---- 7,çO 101,18 70,2, 11,59 10;~1 "_ ---i---- ---- 2,60: 93,98 , 69,7 11,51 --- 0,5:0,08 10,81 ---- 91,38 I 68,3 10,08 _--- 1,4'0,21 1,22 - - - - I' 80,00 7,8 76,1. 10,08 , ---

---

---- _ _ _ _ I 85,52 :1 , 1 l I I :i I i'1 ! -i : 2, 1 0,28 24 , 60 123,52 2,1 0,05 24,60 31,32 0,5 0,15 1,00 . 96,20 0, 5,0,03 1,00 4,14 _ _ _ 1_ _ _ _ 101,18 1,00 22,20 0,23 22,05 0,12 22,40 4,0 73,5 2,5 80, 0 74,0 2,5 4,0 76,1 10,08 123,52 38,0 2, 1 0,28 31 , 32 24,60 74,0 22,20 96 , 20: 1,00 0,5 0,15 4,14 1,00 73,5 22,05 ' 4,0 0,23 101,18 2,5 0,12 80,0 22,40 101,18' 72,8 15,29 93,98. 7,11 70,2 11,59 91,38 10,81 69,7 11,51 80,00 68,3 10,08 85,52 (1) (2) ( 3) (4) (5) ( 6)

(7)

(8)

(9)

(10) TOES'TEL Oplossers.

Wa ssi ng van afgewerkte sy1viniet.

Eers te Lndá kker •

Was s i ng van inge di k te susp ensie.

Opvangvat.

Eerste t rap van de vacuumve r dampe r.

Tweede trap van de vacuumverdamp er.

Centrifu ges. Rese rv o i r s . Centrifug aalpomp. (1) (2)

(3)

(4) (5) (6)

(

7)

(8)

(

9)

(10) r

- .

.

-i

I

: I I • I

I

J

- - -- - - -- - -

- -11-WARMTEBALANS.

Voor het opmaken van een warmtebalans

zullen we ons bepa len tot de oplosser, de warmte-wisselaars en de verdamper. Het overige is voor ons immers van geen belang.

1) Oplosser.

In 76,1 l/sec·x 1,12 kg/ l x 0,74 kcal/kgOe x 100 oe = =6315,0 kca l / s e c .

Latente wa r mt e van deze pekel, die 10,08 kg KCI

bevat: 10,08 kg/sec x 53,5 kcal/kg = 539,3 kcal/sec. Inkomend sylviniet:

38,0 kg/ sec x 0,20 kcal / kgOC x 150e ~ 114,0 kcal/sec.

Totaal dus in~ 6968,3 kcal/sec.

Uit 2, 1 l/sec x 1,12 kg/ l x 0,72 kcal/kgOe x 100 oe = --- =169,3 kcal/sec.

24 , 6 kg/sec x 0,22 kca l / kgOc x 100°C = 541,2 kcal/sec. 74,0 I/sec x 1,28 kg/ l x 0,72 kcal/kgOe x 1000e

=

=6822,4 kcal/sec.

Latente warmte: 22,48 kg/sec x 53,5 kcal/kg = =1203,3 kcal/sec.

Tot a a l dus uit:8~36,2 kcal/sec.

Het verschil ad 1767, 9 kcal/sec moet door de SDom

-spiraal worden geleverd.

~) Condensor.

(\" " r De ~oo~ge~t~oo~ge pekel ten bedrage van 76,1 l/gec wordt in de condensor opgewa r md van 17°C tot 45 e.

De daartoe benodigde war~te is gus 76,1 l/sec x

1,12 kg/l x 0,74 kc a l /kg C x 28 e = 1765 kcal/sec. 3) Wa r mt ewiss e laa r .

De goo~gestroomde pekel wordt opgewarmd van 45°C tot

100 C. De daartoe beno digde war&te bedraagt 76,1 I/sec x 1,12 kgtl x 0, 74 kc a l / kg e x 55 e

=

3470 kcal/sec.

4) Vacuumverdamper.

EEr s t e trap. De war rnt ei nh ouden zijn betrokken op 45°6. In 80 ,0 x 1,263 x 0,725 x 51 = 3738 kc a l / s e c .

Dë

latente warmte bedr aagt 22,40 x 53,5 = 1198 kcal/sec. Totaal in dus 4936 kcal/sec.

Uit. Latente warmte 15, 29 x538

=

81 6 kcal/sec.

~m: 7,2 x 571,3

=

4120 kc a l/ s e c . Tota al uit dus eveneens 4936 kcal/sec.

...

•

-12-Tweede trap. De war mt e - i n houden zlJn nu betrokken op 250C. In. 86,63 x 0,74 x 20

=

1287 kcal/sec.

]ë latente warmte bedraagt 15,29 x 53,5 = 816 kcal/sec. De warmte-inhoud van het vaste KCl bedraagt 7,11 x

0,17 x 20 = 24 kc a l / s e c .

Totaal dus in: 2127 kcal/sec.

Uit. Latente warmte 11,59 x 53,5 = 617 kcal/sec. StOom: 2,6 x 582,3 = 1510 kcal/sec •

Totaal uit dus eveneens 2127 kcal/sec •

-0-0-0-0-BEREKENING van de VACUUMVERDAMPER.

Bekend is de invoer, nl 80 1 pekel, s.§.1,263, gehalte 0,280 kg KC1/l en een temperatuur van 99 C.

Indien wij uitgaan van de eis, de verdamping in ~wee trappen te doen plaats vinden en de grens bij 45 C leggen, dan kunnen wij het mechanisme als volgt

op-vatten. 0 0

a) De inkomende pekel koelt af van 96 C tot 45 C. Daarbij komt vrij;

80 x 1,263 x 0, 725 x 51 = 3740 kcal/sec.

b) Vervolgens kristalliseert KCl uit deze overver-zadigd

_ö

oplossing uit. He t verzadi gingsgehalte

bij 45 C bedraagt 0,210 kg:KC1/l~ ~zodat we rekening houdende met de kristallisatiewarmte, die 53,5 kcal/kg bedraagt, hier vrij krijgen:

80 x 0,07 x 53,5 = 299 kcal/sec.

c) Stel nu, dat er 6,9 k~ water/sec verdampt. Dan betekent dit, dat de hierin aanwezige KCI gaat uitkristalliseren en daarbij aan warmte geeft: 6,9 x 0,21 x 53 , 5

=

72,5 kcal/sec.

He t totaal van a,b en c bedraagt 4111,5 kcal/sec. Deze warmte zou nu opgenomen moeten worden door het verdampende water. Verdamping van 6,9 kg water bij

a"L at a kost ons 6,9 x 571 , 3 = 3940 kcal. Dit ià

te~weinig en we moete n du s meer water verdampen. Berek en d op deze 4+1l~3 kcal wordt dit 7,2 kg. Voor 7,2 kg/sec berekenen we dit nu opnieuw. a) geeft als uitkomst 3740 kcal/sec

b) geeft als uitkomst 299 kcal/sec c) geeft als uitkomst 81 kcal/sec

Tot aa l dus 4I~a-kcal/sec

De verdamping van 7,2 kg ater kost ons 7,2 x 571,3

=

= 4119 kcal/sec. Dit .is dus de gezochte hoeveelheid. Aan KCI is neergesla gen' .

80 , 0 x 0,07 = 5,60 kg/sec 7,2 x 0,21

=

1~21_kg/sec.

Totaal 7,11 kg/sec

Het uitgaande volume bedraagt 72,8 l/sec.

.\ ' il

'I

I. "

I

I

•

I

- - - -- -

=--~1

3-De bereke ning van de twee de t r ap geschiedt anäl oog. De pek el - i nv oer bedr a agt 72,8 I/sec, d.i. 86,63 kg/ s rem et

eeB gehal te van 0, 210 kg KCI/l en een temperatuur van

45 C. Dit is bovendi en gemeng d met 7,1 kg KC1. Afkoeling

van dit laatste tot 200C levert 7,1 x 0,17 x 0,20

=

=

24 kca l / se c .

Op dezelfde wi j ze als voor de eerste trap redenerend krijgen we:

a) tengevolge van af ko el ing van de pekel

86,63 x 0,74 x 20

=

1288 kcal/sec.

b) tengevolge van de hierdoor veroorzaakte kr i s t al l i sat i e

72,8 x 0, 045 x 53,5 = 175 kcal/sec.

c) Stel we verdampen 2,6 kg water/sec, dan krijgen we

door de optredende kr i s t a l l i s at i é vorming van

2,6

x

0,165

x

53, 5

=

23 kcal/sec.

Totaal genomen komt er aan wa r mt e vrij 1510 kcal/sec.

De verdamping van 2,6 kg wa t er kost ons bij de heersende

druk 2,6 x 582,3 = 1512 kcal/sec. De ge s t e l de hoeveel

-heid van 2,6 kg water/sec is dus juist goed.

Er

72,8 x 0,045

2,6 x 0,165

Totaal dus

kristallis8ert uit:

=

3, 27 kg KC1/ s e c en

= 0,43 kg KCI / s e c. ~ kg KCI / s e c .

•

St e l l en we de verblijftijd in de verdampers op rond

~OOO seconden, dat volgt hieruit , dat bij gebruik van

acht verdampers het volume van

3een vl oei s t of- l a di ng

in een verdamper ongeveer 20 m be dr a agt . Indien we

uitgaan van een verdamper, die een driemaal zo groot

volume heeft, dan betekent dit, dat we tot een afme

-ting kunnen komen van acht meter lang met een diame

-t e r van drie meter. Deze verdampers zijn in twee sec

-ties verdeel d, elke sectie is dus vier meter lang.

-0-0-0-0

-APPENDIX.

Uit de gr af i eken , gegeven door Cornec en Krombach valt

af te leiden, dat de oplosbaarheid van NaCl in een

pekel, die normaal 8 gr MgC1

2 en 15 gr CaC12 per liter

bevat, 0,250 kg/l bedraagt. b-. \.<>b'c.,

Het ternaire stelsel H O-KCI-NaCl is eveneens door

bovengenoemde ond erzoe~ers be s t udee r d en zij gev en voor de oplosbaarhei d van KCl in een pekel, die reeds

e,

250

kg NaC1

₆₁

bevat de

5volgende cijfers:

17

e

0,147 kg KCI / l

250C 0,165 kg KC1/ l

45°c 0,210 kg KCI / l

1000C 0,341 kg KC1/ l

I..

..

-14-Het soortelijk gew i cht van de pekel is over traject nagenoeg temperatuur-onafhankelijk.

een behalte van 0,132 kg KCl/l is het s.g.

0,i475

0,165

0,210

0, 280 0,300

het toegepaste

Voor pekel met 1, 12 !gIl 1,13 1,147 1,1 9 1,263 1,28

,

De soortelijke wareveneens temperatuu r-mteonafhankelijk .van de pekel is over dit trajecZonder grot e foutent te introduceren mog en wij voor het geb i e d van 0,1 30 t ot 0,210 kg KC1/l een gemiddelde waarde van 0,74 kcal/kg

rekenen; 't er wi j l voor het meer geconcentreerde gebied

een gemiddelde van 0,725 genomen mag worden .

-0-0-0-LITERA'.rUUR.

1) P.Ba ud, Tr a i t é de chimie industrielle I , 201 , Parijs 1943.v

2) E. Cornec en R.Krombach, Ann de Chim. 18, 4, (1932)

3)GG . A. Cowie, Potash, Londen 1951.

4) N.C .White en C.A.Arend. Chem Eng,Progr . 46, 523,(1950 )

5) J.W.Turrentine e. a. Ind.Eng.Chem,-2Q , 878, (1938)

6) R.A.Pierce en L.D.A..n~e rson. Eng.Min .J. 143, 38,(1942 )

7)

C.R .Graham . Can.Chem~Procv 39, 34, (1955)

8) J.W.Tuur emt i n e, Potash in Nor t h Ame r i ca ,..New York 194 3.

•

-0

, - -...

---

...

---.--._--

...

--

-.----

...

-

-_._---

--..----

...

---...--z

-

u

-.-c

6

---_._~

- ---+-- r--- - -

--J

Î ---+---,---"--t----+----+----1 - -

----+-5

4

•

--.. -l-_ _

--r---3

2

---+---1

1

---t--...

--fo---i--+--+-<---t-- ...--

+---o

- - - - t - ... +...+...;+...;... t +...+...;+...;... +...+...;+...;... ---+- +-_--+---1-- 0 4 " ' 4 _ +

-o

40

3

·

2

TC -00.0.12 ' 190 72 9-11-.51